一种单腔滑片式压缩机气缸的制作方法

本实用新型涉及流体机械领域，特别适用于一种单腔滑片式压缩机气缸。

背景技术：

滑片式压缩机是一种典型的旋转容积式流体机械，常见的滑片式压缩机有单腔、双腔和三腔等结构形式，转子转动过程中，在离心力的作用下滑片被甩出滑槽从而紧贴在气缸内壁面随转子作旋转运动，在吸、排气端盖、滑片、转子和气缸间形成周期性变化的封闭工作腔，完成气体的吸入，压缩和排出过程。与其它类型压缩机相比，滑片式压缩机具有结构简单、零部件少、运转平稳、起动冲击小等优点，可被广泛应用于各种压缩空气装置、小型制冷空调装置和汽车空调系统中。随着对滑片式压缩机研究的逐步深入，可以发现气缸型线决定着气体的排气量、压缩过程以及基元容积、气体压力的变化规律，对滑片式压缩机的整体性能有着至关重要的影响。现有常见的气缸型线类型主要有圆弧、椭圆、简谐等简单形式的曲线或采用正余弦曲线、组合圆弧、组合曲线结合过渡曲线的形式。但对应气缸的各个工作腔的吸排气过程均为轴对称结构，同时受滑片式压缩机强制吸、排气这一特性的影响，工作腔内气体的吸入和排出完全取决于吸、排气口的位置。这将导致气体的压缩过程不完善，排气容积较大，压比偏小，压缩效率低。

技术实现要素：

为了解决滑片式压缩机压比偏小的问题，也为了丰富现有气缸型线的类型，本实用新型提出了一种单腔滑片式压缩机气缸。采用二次螺旋线数学理论构建新型气缸型线，可通过调整吸入段曲线和排出段曲线对应的圆心角占比，使工作腔的几何结构不对称，达到减小排气容积，提高压比的目的。同时，可根据实际工况对排气量和压比进行调整，以扩大滑片式压缩机的工况适用范围。该种新型气缸型线由吸入段曲线和排出段曲线组成，整个气缸型线上任意位置处都连续光滑，满足气缸型线一阶导数连续光滑、二阶导数连续的特性要求。其最大速度特性和最大加速度特性的取值范围均受到限制，滑片在滑槽方向上不存在刚性冲击与软性冲击，有利于改善自身的受力状况，抑制滑片振动和对气缸内壁的撞击，以保证滑片平稳、可靠地运行。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种单腔滑片式压缩机气缸，气缸(1)上的气缸型线(101)是由吸入段曲线AB和排出段曲线BA组成的不对称封闭曲线，即不存在通过回转中心点O的中心线使气缸型线(101) 关于其轴对称；所述的气缸型线(101)上存在A、B两个特殊点，A点是气缸型线(101)上距回转中心点O的最近点，位于以回转中心点O为圆心，半径为R3的底圆上；B点是气缸型线(101)上距回转中心点O的最远点，位于以回转中心点O为圆心，半径为R1的顶圆上；沿着顺时针方向从A点到B点为气缸型线(101)的吸入段曲线AB，从B点到A点为气缸型线(101)的排出段曲线BA，吸入段曲线AB和排出段曲线BA在连接位置处能够光滑过渡，不存在连接拐点，使得整个的气缸型线(101)完全光滑且一阶导数连续光滑、二阶导数连续。

一种单腔滑片式压缩机气缸，吸入段曲线AB对应的圆心角∠AOB的大小为α，排出段曲线BA对应的圆心角∠BOA的大小为β，α<β且α+β＝360°，根据设计工况对α和β进行调整，以满足滑片式压缩机的性能要求；气缸(1)和转子(2)之间形成一个不对称工作腔(102)，其被滑片(3)分割为多个面积大小不同的基元。

一种单腔滑片式压缩机气缸，

吸入段曲线AB的矩阵方程为：

排出段曲线BA的矩阵方程为：

同时吸入段曲线AB的曲率满足kAB>0，排出段曲线BA的曲率满足kBA>0，

式中：t为角度参数。

本实用新型的有益效果为：

(1)不对称工作腔可以提高滑片式压缩机的压比，使压缩机具有较大的排气压力；

(2)可根据实际工况对吸入段曲线和排出段曲线对应的圆心角进行调整，以调节滑片式压缩机的压比；

(3)新型气缸型线各段曲线连续光滑，且满足一阶导数连续光滑，二阶导数连续的特性要求；有利于改善滑片的受力状况，抑制滑片地振动和对气缸内壁的撞击。

(4)丰富了现有单腔滑片式压缩机气缸型线类型。

附图说明

图1为单腔滑片式压缩机不对称气缸型线示意图。

图2为曲线不同圆心角时kAB<0对应的气缸型线图。

图3为曲线不同圆心角时kBA<0对应的气缸型线图。

图4为曲线圆心角α＝β时对应的气缸型线图。

图5为工作腔吸气过程结束，压缩过程开始图。

图6为工作腔压缩过程结束，排气过程开始图。

图7为不对称工作腔横截面示意图。

图8为气缸三维结构示意图。

图中：

R1—顶圆半径；R3—底圆半径；α—圆心角∠AOB的大小；β—圆心角∠BOA的大小；1—气缸；101—气缸型线；102—不对称工作腔；2—转子；3—滑片；4—吸气口；5—排气口；Smax—最大吸气面积；Smin—最小排气面积；ω—角速度。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，气缸(1)上的气缸型线(101)是由吸入段曲线AB和排出段曲线BA组成的不对称封闭曲线，即不存在通过回转中心点O的中心线使气缸型线(101)关于其轴对称；沿着顺时针方向从A点到B点为气缸型线(101)的吸入段曲线AB，从B点到A点为气缸型线(101)的排出段曲线BA，两段曲线之间完全光滑连接，不存在连接拐点，使得整个的气缸型线(101)完全光滑且一阶导数连续光滑、二阶导数连续；气缸型线(101)上存在A、B两个特殊点，A点是气缸型线(101)上距回转中心点O的最近点，位于以回转中心点O为圆心，半径为R3的底圆上；B点是气缸型线(101)上距回转中心点O的最远点，位于以回转中心点 O为圆心，半径为R1的顶圆上；吸入段曲线AB对应的圆心角∠AOB的大小为α，排出段曲线 BA对应的圆心角∠BOA的大小为β，α<β且α+β＝360°；根据设计工况对α和β进行调整，以满足滑片式压缩机的性能要求；

吸入段曲线AB的方程为：

排出段曲线BA的方程为：

式中：t为角度参数。

如图2所示，在进行新型气缸型线(101)设计时可以发现，当α<β时，圆心角∠AOB的大小α和圆心角∠BOA的大小β两者差值越大，吸入段曲线AB的曲率半径变化越快，吸入段曲线越陡峭，排出段曲线BA的曲率半径变化越慢，排出段曲线越平缓，滑片式压缩机的压比越大；当二者差值越来越小时，吸入段曲线AB的曲率变化越来越慢，吸入段曲线越平缓，排出段曲线BA曲率变化越来快，排出段曲线越陡峭，滑片式压缩机的压比越小。但当圆心角∠ AOB的大小α和圆心角∠BOA的大小β的取值相差过大，且满足α<β时，将会在吸入段曲线 AB上的A点附近发生曲率小于零的情况，吸入段曲线AB将会先内凹后外凸，使得滑片在运行过程中不能光滑过渡，造成滑片与气缸内壁强烈地撞击，加剧滑片的摩擦磨损，缩短使用寿命。因此圆心角∠AOB的大小α和圆心角∠BOA的大小β均要合理取值，保证吸入段曲线AB 的曲率kAB>0，

式中：t为角度参数。

如图3所示，在进行新型气缸型线(101)设计时可以发现，当β<α时，圆心角∠AOB的大小α和圆心角∠BOA的大小β两者差值越大，吸入段曲线AB的曲率半径变化越慢，吸入段曲线越平缓，排出段曲线BA的曲率半径变化越快，排出段曲线越陡峭，滑片式压缩机的压比越小；当二者差值越来越小时，吸入段曲线AB的曲率变化越来越快，吸入段曲线越陡峭，排出段曲线BA曲率变化越来越慢，排出段曲线越平缓，滑片式压缩机的压比越大。但当圆心角∠AOB的大小α和圆心角∠BOA的大小β的取值相差值过大，且满足β<α时，将会在排出段曲线BA上的A点附近发生曲率小于零的情况，排出段曲线BA将会先外凸内凹，同样会使得滑片在运行过程中不能光滑过渡，造成滑片与气缸内壁强烈地撞击，加剧滑片的摩擦磨损，缩短使用寿命。因此圆心角∠AOB的大小α和圆心角∠BOA的大小β均要合理取值，保证排出段曲线BA的曲率kBA>0，

式中：t为角度参数。

如图4所示，当α＝β时，吸入段曲线AB和排出段曲线BA关于横轴对称。

如图5所示，当转子(2)转动到当前位置时，滑片(3)位于吸气口(4)的末端，吸气过程刚好结束，滑片式压缩机的基元面积达到最大，在气缸(1)的内壁、转子(2)及相邻滑片(3)间形成如图阴影部分所示的最大吸气面积Smax。随着转子(2)继续转动，下一时刻基元面积开始减小，气体受到压缩。

如图6所示，当转子(2)转动到当前位置时，滑片(3)位于排气口(5)的始端，压缩过程刚好结束，滑片式压缩机的基元面积达到最小，在气缸(1)的内壁、转子(2)及相邻滑片(3)间形成如图阴影部分所示的最小排气面积Smin。随着转子(2)继续转动，下一时刻基元将与排气口(5)连通，气体将被排出。

如图7所示，气缸(1)和转子(2)之间形成一个不对称工作腔(102)，其被滑片(3) 分割为多个面积大小不同的基元，不存在通过回转中心点O的中心线使不对称工作腔(102) 关于其轴对称。在排气口(5)位置相同的情况下，与对称结构形式的气缸(1)相比，所提出的单腔滑片式压缩机气缸压比Smax/Smin更大，压比可提高60.47％。

如图8所示，为气缸(1)的三维整体结构，可根据实际工况的不同对气缸(1)的轴向高度进行调整。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。